Projekti / Programi
Biofizika polimerov, membran, gelov, koloidov in celic
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.00 |
Naravoslovje |
Fizika |
|
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
polimeri, lipidni dvosloj, biološke membrane, proteini, geli, koloidi, DLVO interakcije, celice, tekoči kristali, kiralnost, biofizika
Raziskovalci (29)
Organizacije (6)
Povzetek
Makromolekule in makromolekularni agregati, kot DNK in fosfolipidne membrane, dobljeni z izolacijo oziroma rekonstitucijo temeljnih gradnikov žive snovi, določajo njene osnovne načine delovanja in odzivanja na spremembe v molekularnem okolju. Analiza različnih makromolekularnih tekočekristalnih faz, bodisi bioloških makromolekul samih bodisi njihovih zapletenih anorganskih analogov, ter njihovih bazičnih simetrij in fundamentalnih biokoloidnih interakcij zato tvori prvo stopnico predlaganega programa. Integracija teh fundamentalnih znanj o naravi struktur in interakcij med osnovnimi makromolekulami v razumevanje fizikalnih lastnosti in kar je še pomembnejše, možnosti predvidljivega vplivanja na vrsto in odziv celičnih sestavin oziroma celic in večjih celičnih agregatov na spremembe v njihovem okolju, vodi k drugi stopnici našega raziskovalnega programa. Njegovo napredovanje smo si zamislili kot fizikalno rekonstitucijo različnih živih sistemov od spodaj navzgor, torej od preprostih, včasih tudi modelnih makromolekul pa vse do zapletenejših vrst makromolekularnih skupkov, celic, organov in tkiv.
Pomen za razvoj znanosti
Znanosti o življenju so trenutno najhitreje razvijajoče se znanstveno področje. Naš raziskovalni program je zaradi svojega širokega in večplastnega pristopa, ki povezuje različne nivoje organizacije žive snovi (od molekularnega nivoja, preko kompleksnih makromolekulskih sistemov do živih celic) in tudi različna znanstvena področja (fizika, biologija, medicina), prispeval pomemben delež k temu razvoju. Sodelavci programa P1-0055 smo v letih 2004-2008 objavili 158 izvirnih in 6 preglednih znanstvenih člankov v svetovnih revijah najvišjega ranga ter 6 samostojnih poglavij v znanstvenih monografskih publikacijah. Naša dela, objavljena v tem obdobju, so bila v tem času citirana že več kot 400-krat (brez avtocitatov). Imeli smo 46 vabljenih predavanj na mednarodnih znanstvenih konferencah ter 67-krat predavali na tujih univerzah in inštitutih. Kot recenzenti sodelujemo z vrsto uglednih mednarodnih revij – Physical Review E, Biophysical Journal, Physical Review Letters, European Physical Journal E in številne druge –, za katere smo v l. 2004-2008 recenzirali več kot 200 rokopisov, torej v povprečju enega na teden. S tem anonimnim, a pomembnim javnim delom smo prispevali k razvoju splošne znanstvene kulture. Člani programa sodelujemo tudi v uredništvih več mednarodnih znanstvenih revij (Phys Rev E; J Biol Phys; Eur J Phys; BioSystems; PMC Biophysics). Na molekularnem nivoju smo prispevali k boljšemu razumevanju interakcij med makromolekulami, postavili smo konceptualno nove pristope in razložili eksperimentalna dejstva z novimi paradigmami. Na osnovi obsežnega študija van der Waalsovih sil, statistične mehanike urejenih in razurejenih coulombskih tekočin ter relaksacije raztopin DNK smo določili skalirne zakone karakterističnih relaksacijskih razdalj razredčenih raztopini dolgih molekul DNK in postavili teorijo pakiranja in osmotskega ravnovesja DNK v preprostih bakteriofagih ter teorijo samosestavljanja RNK virusov na osnovi nespecifičnih elektrostatskih interakcij. Na področju raziskav mehke snovi smo teoretično in eksperimentalno preiskovali nove strukture, ki jih tvorijo tekočekristalne faze kompleksnih molekul ter študirali lastnosti koloidnih raztopin. V sodelovanju z eksperimentalno skupino C. Bechingerja na Univerzi v Stuttgartu smo neposredno izmerili tridelčni prispevek k elektrostatični interakciji med tremi koloidi v elektrolitski raztopini. Na osnovi raziskav fosfolipidnih membran smo razširili razumevanje obnašanja celic in celičnih skupkov. Določili smo lastnosti transporta skozi membrano zaradi membranskih polipeptidnih por in osmoznih pojavov. Prikazali smo pomen povezave med porazdelitvijo molekul v membrani in obliko membrane. Raziskali smo oblike nekaterih preprostih vesikularnih skupkov ter analizirali strukturo skupkov rdečih krvničk (rouleaujev). Na osnovi teh raziskav smo podali možen mehanizem stabilnosti sklada cistern Golgijevega aparata. Pokazali smo, kdaj lahko pride do samoreprodukcije fosfolipidnih mehurčkov, in opozorili na možno vlogo tega procesa pri nastanku celičnega življenja. Raziskali smo, kakšno vlogo igra stena blastule pri njenem preoblikovanju, do katerega pride pri procesu gastrulacije. Analizirali smo vlogo podlage pri adheziji celic v celični kulturi. Na celičnem nivoju smo se še posebej posvetili vlogi Ca2+ pri znotrajcelični dinamiki in medcelični komunikaciji, kar je ključnega pomena za razumevanje delovanja tkiva. Rezultati raziskav determinističnih modelov za mišične celice dihalnih poti so neposredno uporabni za boljše razumevanje nekaterih astmatičnih obolenj. Uporabili smo najnovejša dognanja na področju dinamičnih sistemov in teorije iger ter raziskali vpliv šuma na celične oscilatorje in pojav stohastične resonance. S tem smo razširili razumevanje medcelične komunikacije, kar ima pomemben vpliv na široko področje biologije in medicine.
Pomen za razvoj Slovenije
Naša skupina izvaja temeljni nacionalni raziskovalni program z biofizikalno usmeritvijo: glavno poslanstvo skupine je zato široko povezovanje raziskovalcev, ki preučujejo fizikalne vidike bioloških ter biološko relevantnih sistemov. Močna skupina z ustrezno zastopanostjo raziskovalcev različnih profilov in izkušenj tako teoretične kot eksperimentalne usmeritve je pravo okolje za združevanje znanja ter s tem jamstvo napredka biofizike v Sloveniji. Obenem naj opozorimo na vsedržavni značaj skupine, ki združuje raziskovalce z Univerze v Ljubljani, Instituta Jožef Stefan, Univerze v Mariboru in Univerze v Novi Gorici ter s tem prispeva k policentričnemu razvoju znanosti in visokega šolstva. Program predstavlja raziskovalni temelj, iz katere izhaja študij biofizike v Sloveniji. Vsi trije redni profesorji biofizike v državi so člani našega programa (prof. dr. S. Svetina, prof. dr. B. Žekš in prof. dr. R. Podgornik). Člani programa smo tudi aktivno sodelovali pri bolonjski prenovi univerzitetnega sistema v državi in sicer na Univerzi v Ljubljani, Univerzi v Mariboru in Univerzi v Novi Gorici. Pripravili smo programe za vrsto fizikalnih in biofizikalnih univerzitetnih predmetov in sooblikovali 7 novih študijskih programov na I. in II. stopnji. Člani programa sodelujemo pri izvajanju 33 študijskih programov Fakultete za matematiko in fiziko, Medicinske fakultete, Pedagoške fakultete in Biotehniške fakultete UL ter Fakultete za naravoslovje in matematiko, Pedagoške fakultete, Medicinske fakultete in Fakultete za zdravstvene vede UM. Na izrazito pedagoško komponento programa nadalje opozarja to, da smo bili v obdobju 2004-2008 mentorji ali somentorji pri 8 doktorskih, 3 magistrskih in kar 93 diplomskih delih. Napisali smo 9 učbenikov, 20 enot drugega učnega gradiva in sodelovali pri nastanku 3. izdaje Slovenskega medicinskega slovarja. Slovenski znanstveni in visokošolski prostor tudi tvorno sooblikujemo na različnih vodstvenih funkcijah. Tako je bil prof. dr. B. Žekš v letih 2002-2008 predsednik Slovenske akademije znanosti in umetnosti. Prof. dr. N. Vaupotič je bila predstojnica Oddelka za fiziko Pedagoške fakultete UM, predstojnica Oddelka za fiziko Fakultete za naravoslovje in matematiko UM in dekanica Fakultete za naravoslovje in matematiko UM. Prof. dr. Vaupotič je bila tudi med pobudniki za ustanovitev nove Fakultete za naravoslovje in matematiko UM, ki je eden od mejnikov v razvoju fizike na UM in v severovzhodni Sloveniji nasploh. Prof. dr. M. Marhl je od l. 2007 prorektor Univerze v Mariboru. Čeprav je raziskovalni program temeljne narave, daje naše delo tudi rezultate aplikativnega pomena. Sodelovanje prof. dr. R. Podgornika z Gorenjem d.d. je vodilo do nove, patentirane metode za zmanjšanja hrupa sušilnega stroja. Dr. J. Derganc je skupaj s sodelavci razvil novi inštrument za avtomatizirano analizo celic s potencialno široko klinično uporabo. Za inštrument so avtorji pridobili mednarodni patent. Prof. dr. S. Svetina in dr. J. Majhenc sodelujeta s Kliničnim oddelkom za revmatologijo Kliničnega centra Ljubljana, kar je privedlo do boljšega razumevanja fiziološke vloge antifosfolipidnih protiteles v imunologiji revmatizma. Nadaljnje priznanje aplikativnih rezultatov programa je Krkina nagrada, ki jo je Krka d.d. l. 2007 podelila dr. M. Mally za njeno doktorsko delo in ki izpostavlja potencialno vlogo dela pri farmacevtskih in medicinskih študijah. Pomemben del naših udejstvovanj je bil namenjen popularizaciji znanosti, kjer smo s pisanjem poljudnoznanstvenih prispevkov, z javnimi predavanji in pojavljanjem v medijih javnosti skušali približati napredek znanosti na področju biofizike in mehke snovi. Sodelujemo tudi pri uredništvu Proteusa (www.proteus.si) in Kvarkadabre, društva za tolmačenje znanosti (www.kvarkadabra.net) ter smo soavtorji več kot 50 strokovnih in poljudno-znanstvenih prispevkov v slovenskem jeziku. V Mariboru smo v letih 2007 in 2008 organizirali Noč raziskovalcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
